專利名稱：Diode laser structure to generate diode laser radiation with optimized fiber ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二極管激光器結(jié)構(gòu)，具有多個彼此相鄰地設(shè)置的帶狀發(fā)射器，這 些帶狀發(fā)射器以其SA軸線在相同的方向上取向并且在該方向上彼此相對錯位地設(shè)置，其 中，這些帶狀發(fā)射器中的至少幾個的分別涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積不同。
背景技術(shù)：
這種二極管激光器結(jié)構(gòu)例如已由JP-A-06132610公知。為了產(chǎn)生高效且高亮的二極管輻射，現(xiàn)在或者使用多個單發(fā)射器(寬度典型地為 50至500 μ m的寬帶狀發(fā)射器)或者使用由多個相同寬度的單發(fā)射器/寬帶狀發(fā)射器構(gòu)成 的二極管條(由典型地10至100個相同寬度的寬帶狀發(fā)射器構(gòu)成的、填充系數(shù)為10至95% 的二極管條)。例如通常使用在Icm的條上由30至50個寬度為100 μ m的發(fā)射器構(gòu)成的、 填充系數(shù)為30至50%的二極管條。二極管條的帶狀的單發(fā)射器分別發(fā)射一個激光射束，該激光射束在射束快速發(fā)散 的所謂FA(Fast Axis)方向上例如以大約50°的輻射角度并且在射束相對緩慢發(fā)散的相 對于該FA方向成直角的所謂SA(Slow Axis)方向上例如以大約10°的輻射角度傳播。FA 方向具有盡可能最高的(幾乎衍射被限制的)射束質(zhì)量，而SA方向具有相對差的射束質(zhì) 量。為了聚集這些單射束，這些單射束首先在FA方向上借助于微光學柱面透鏡平行校準， 接著借助于柱面透鏡排(陣列)進行SA方向上的平行校準。然后，射束借助于另一個微光 學裝置轉(zhuǎn)動90°并且彼此相鄰地排列。這樣成形的激光射束因此通過在光學上齊平地疊加 由帶狀的單發(fā)射器所發(fā)射的激光射束帶而構(gòu)成。因為單發(fā)射器是同一的，所以這些單發(fā)射 器所發(fā)射的激光射束分別具有涉及SA方向的相同的射束參數(shù)乘積(BPPsa)和涉及FA方向 的相同的射束參數(shù)乘積(BPPfa)，其中，射束參數(shù)乘積BPP如下定義BPPi = θ ^wi (i = SA, FA)其中，θ :由發(fā)射器發(fā)射的激光射束在SA方向或FA方向上的發(fā)散度，w:在SA方 向或FA方向上發(fā)射器的半個寬度。以分別相同的BPPsa和BPPfa在光學上齊平地疊加激光射束帶產(chǎn)生一個具有在 BPPSA-BPPfa平面中為矩形或正方形的射束參數(shù)乘積并且因此只是帶有輻射損失地或在不 完全地利用纖維的情況下被輸入耦合到具有在BPPSA-BPPfa平面中為圓形的射束參數(shù)乘積 的圓形的纖維中的激光射束。雖然由US 2007/0195850Α1已經(jīng)公知發(fā)射器寬度在SA方向上不同的單發(fā)射器在 FA方向上彼此疊置地設(shè)置并且由此每個發(fā)射器的涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積與所屬纖維 區(qū)域的涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積相匹配。但各個發(fā)射器的操作和定位非常麻煩，此外， 這種布置需要相對大的結(jié)構(gòu)空間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，這樣進一步構(gòu)造開頭所述類型的尤其是由具有單發(fā)射 器的二極管條構(gòu)成或由具有單發(fā)射器的呈二極管疊形式的疊堆的二極管條構(gòu)成的二極管 結(jié)構(gòu)，使得所產(chǎn)生的激光二極管輻射的射束參數(shù)乘積以簡單的方式和緊湊的尺寸與激光二 極管輻射應(yīng)輸入耦合的纖維的圓形的射束參數(shù)乘積相匹配。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)這樣來解決帶狀發(fā)射器的分別涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積 從二極管激光器結(jié)構(gòu)的中部起朝二極管激光器結(jié)構(gòu)的兩個邊緣尤其是關(guān)于二極管激光器 結(jié)構(gòu)的中部鏡像對稱地減小。作為替換方案和/或補充，帶狀發(fā)射器可在其射束傳播方向 上彼此相對錯位。根據(jù)本發(fā)明，在SA方向上彼此相鄰地設(shè)置的帶狀發(fā)射器中的至少幾個具有涉 及SA軸線的不同的射束參數(shù)乘積，所述射束參數(shù)乘積對于到圓形的纖維中的優(yōu)化的輸入 耦合而言與所屬纖維區(qū)域的涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積相匹配。為此，帶狀發(fā)射器的涉 及SA軸線的射束參數(shù)乘積優(yōu)選這樣選擇，使得這些射束參數(shù)乘積可在光學上組成一個在 BPPsa-BPPfa平面中近似圓形的射束參數(shù)乘積。換言之，帶狀發(fā)射器的輸出輻射與纖維在SA 方向上進行BPP匹配，由此，激光二極管輻射可高效地輸入耦合到纖維中。因此，通過改變 帶狀發(fā)射器的射束參數(shù)乘積，可提高輸入功率和/或效率。這種處理方式也可轉(zhuǎn)用于其它 纖維橫截面例如橢圓形纖維橫截面。優(yōu)選帶狀發(fā)射器通過分別具有相同激光波長的單頻發(fā)射器、尤其是多模發(fā)射器構(gòu) 成。在此，對于單頻發(fā)射器、即具有一個波長的發(fā)射器在本申請的范圍內(nèi)應(yīng)理解為在相同的 帶寬上進行發(fā)射的發(fā)射器。帶狀發(fā)射器的射束參數(shù)乘積可通過其寬度以及通過所發(fā)射的激光射束的發(fā)散度來調(diào) 節(jié)。在特別優(yōu)選的實施形式中，帶狀發(fā)射器中的至少幾個在其SA軸線的方向上寬度不同，而在 另一些優(yōu)選實施形式中，帶狀發(fā)射器中的至少幾個具有涉及SA軸線的分別不同的發(fā)散度。優(yōu)選帶狀發(fā)射器中的一個或多個分別通過唯一一個單發(fā)射器構(gòu)成，由此，根據(jù)本 發(fā)明的二極管激光器結(jié)構(gòu)具有不同寬度的單發(fā)射器，這些單發(fā)射器具有涉及SA軸線的相 同的或不同的發(fā)散度。也可優(yōu)選帶狀發(fā)射器中的一個或多個分別通過多個不同寬度或相同寬度的單發(fā) 射器構(gòu)成，這些單發(fā)射器可具有涉及SA軸線的相同或不同的發(fā)散度。特別優(yōu)選不同寬度的 帶狀發(fā)射器分別通過不同數(shù)量的同一的單發(fā)射器構(gòu)成，其中，在此情況下，這樣構(gòu)成的帶狀 發(fā)射器具有涉及SA軸線的相同的發(fā)散度。對于激光二極管輻射輸入耦合到纖維中的情況，在帶狀發(fā)射器后面設(shè)置有光學裝 置，該光學裝置使來自帶狀發(fā)射器的激光射束作為在其FA軸線的方向上在光學上彼此相 鄰地設(shè)置的平行的激光射束帶投影到圓形的纖維上，其中，每個激光射束帶的涉及SA軸線 的射束參數(shù)乘積與所屬纖維區(qū)域的涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積相匹配，這就是說，激光射 束帶與其所屬纖維區(qū)域在SA方向上進行BPP匹配。


從權(quán)利要求書、說明書和附圖中得到本發(fā)明的其它優(yōu)點。前面所述的以及還要進 一步描述的特征也可分別本身或多個任意組合地來應(yīng)用。所示和所述的實施形式不應(yīng)視為最終列舉，而是對于本發(fā)明的描述具有示例性特點。附圖表示圖1 一個二極管激光器條，該二極管激光器條具有根據(jù)本發(fā)明的第一二極管激光 器結(jié)構(gòu)，該二極管激光器結(jié)構(gòu)具有多個彼此相鄰地設(shè)置的不同寬度的帶狀發(fā)射器；圖2a至圖2c與圖1中的細節(jié)II相應(yīng)的兩個不同寬度的帶狀發(fā)射器的不同實施 例；圖3 —個二極管激光器條，該二極管激光器條具有根據(jù)本發(fā)明的第二二極管激光 器結(jié)構(gòu)，該二極管激光器結(jié)構(gòu)具有多個彼此相鄰地設(shè)置的不同發(fā)散度的帶狀發(fā)射器；圖4由根據(jù)本發(fā)明的二極管激光器結(jié)構(gòu)發(fā)射并且借助于光學裝置輸入耦合到纖 維中的激光射束的光路；圖5在BPPSA-BPPfa平面中來自帶狀發(fā)射器并且彼此疊置的激光射束帶的射束參數(shù) 乘積，所述激光射束帶的涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積與所屬纖維區(qū)域的射束參數(shù)乘積相 匹配；圖6a至圖6e根據(jù)本發(fā)明的二極管激光器結(jié)構(gòu)的另外的條結(jié)構(gòu)；以及圖7由分別具有圖1中所示根據(jù)本發(fā)明的第一二極管激光器結(jié)構(gòu)的二極管激光器 條構(gòu)成的二極管疊堆(“二極管疊”)。
具體實施例方式圖1中所示二極管激光器條1具有二極管激光器結(jié)構(gòu)2，該二極管激光器結(jié)構(gòu)具有 八個平行地彼此相鄰地設(shè)置的帶狀發(fā)射器S1至38，這些帶狀發(fā)射器以其SA軸線在相同的、 在圖1中為水平的方向上取向并且分別在該水平的方向上彼此相對錯位地設(shè)置。帶狀發(fā)射 器31至38中的幾個在SA方向上具有不同的寬度巧至％，其中，帶狀發(fā)射器31至38的寬度從 二極管激光器結(jié)構(gòu)2的中部起朝二極管激光器結(jié)構(gòu)2的兩個邊緣尤其是鏡像對稱地減小。 適用w4 = w5 > W3 = W6 > W2 = W7 > W1 = W80例如中央的發(fā)射器34、35的寬度取值為50至 500 μ m、尤其是100至200 μ m。發(fā)射器寬度朝邊緣從一個發(fā)射器到另一個發(fā)射器分別減小 至多50%、尤其是至多30%。發(fā)射器寬度從一個發(fā)射器到另一個發(fā)射器的減小量不僅可相 對地而且可絕對地相同或不同。由帶狀發(fā)射器S1至38發(fā)射的激光射束I至48在SA方向 上具有相同的發(fā)散度θ SA。相應(yīng)地，涉及SA方向的射束參數(shù)乘積BPPsa(i) =WsA(i)*esA(i) =wSA(i)* θ SA(i = 1，. . .，8)在二極管激光器結(jié)構(gòu)2的中部最大并且朝二極管激光器結(jié)構(gòu) 2 的兩個邊緣減小，這就是說，適用=BPPsa(4) =BPPsa(5) > BPPsa(3) =BPPsa(6) > BPPsa(2) = BPPsa (7) > BPPsa(I) = BPPsa(S)。而帶狀發(fā)射器3工至38在FA方向上具有相同的高度并 且這些帶狀發(fā)射器所發(fā)射的激光射束I至48在FA方向上具有相同的發(fā)散度。如下面參照 圖5還要詳細描述的那樣，帶狀發(fā)射器S1至38的涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積BPPsa(I)至 BPPsa(S)這樣選擇，使得這些射束參數(shù)乘積可在光學上組成一個在BPPsa-BPPfa平面中近似 圓形的射束參數(shù)乘積。優(yōu)選帶狀發(fā)射器31至38通過分別具有相同激光波長的單頻發(fā)射器、尤其是多模發(fā) 射器構(gòu)成，其中，對于單頻發(fā)射器、即具有一個波長的發(fā)射器在本申請的范圍內(nèi)應(yīng)理解為在 相同的帶寬上進行發(fā)射的發(fā)射器。圖2示出了用于圖1中所示不同寬度的帶狀發(fā)射器33、34的不同實施例。在圖2a 中，不同寬度的帶狀發(fā)射器32、33分別通過唯一一個單發(fā)射器53、54構(gòu)成。作為使用不同寬
6度的單發(fā)射器的替換方案，這些單發(fā)射器也可通過具有不同數(shù)量發(fā)射器的組再形成。在圖 2b中，不同寬度的帶狀發(fā)射器33、34分別通過不同數(shù)量的同一的并且由此相同寬度的單發(fā) 射器6構(gòu)成，由此，對于全部帶狀發(fā)射器保證相同的閾電流。在圖2c中，較寬的帶狀發(fā)射器 34通過兩個不同寬度的單發(fā)射器7、8構(gòu)成，這在待描述的具有大于200 μ m寬度的帶狀發(fā)射 器中適宜。圖3中所示二極管激光器條1與圖1的二極管激光器條的區(qū)別在于，在此，彼此相 鄰地設(shè)置的帶狀發(fā)射器31至38中的幾個具有分別涉及SA軸線的不同的發(fā)散度esA(l)至 Θ5Α(8)并且全部帶狀發(fā)射器31至38具有相同的寬度w。帶狀發(fā)射器S1至38的發(fā)散度從二 極管激光器結(jié)構(gòu)2的中部起朝二極管激光器結(jié)構(gòu)2的兩個邊緣尤其是鏡像對稱地減小。適 用0SA (4) = θ SA (5) > θ SA (3) = θ SA (6) > θ SA (2) = θ SA (7) > Θ,Α(1) = 0sa(8)。相 應(yīng)地，涉及SA方向的射束參數(shù)乘積BPPsa (i) =w(i)*0SA(i) =W*0SA⑴(i = 1，...，8)在 二極管激光器結(jié)構(gòu)2的中部最大并且朝二極管激光器結(jié)構(gòu)2的兩個邊緣尤其是鏡像對稱地 減小，這就是說，適用=BPPsa (4) =BPPsa (5) > BPPsa (3) = BPPsa (6) > BPPsa (2) = BPPsa (7) > BPPsa(I) =BPPsa(8)。如下面參照圖5還要詳細描述的那樣，帶狀發(fā)射器31至38的涉及 SA軸線的射束參數(shù)乘積BPPsa(I)至BPPsa(S)這樣選擇，使得這些射束參數(shù)乘積可在光學上 組成一個在BPPsa-BPPfa平面中近似圓形的射束參數(shù)乘積。圖4示意性地示出了由根據(jù)本發(fā)明的二極管激光器結(jié)構(gòu)2發(fā)射并且借助于光學裝 置10輸入耦合到圓形的纖維11中的激光射束至48的光路。光學裝置10將各個激光射 束I至48轉(zhuǎn)換成一個公共的激光射束，其方式是來自帶狀發(fā)射器S1至38的激光射束I至 48作為在其FA軸線上彼此疊置的平行的激光射束帶投影到圓形的纖維11上。圖5在BPPSA-BPPfa平面中示出了來自帶狀發(fā)射器S1至38并且彼此疊置的激光射 束帶的射束參數(shù)乘積BPP(I)至BPP(S)，其中，射束參數(shù)乘積BPP(I)至BPP (8)與圓形的纖 維11的圓形的射束參數(shù)乘積BPP(F)相匹配。為此，射束參數(shù)乘積BPP(I)至BPP (8)在SA 軸線上與所屬纖維區(qū)域的所屬射束參數(shù)乘積相匹配。換言之，帶狀發(fā)射器S1至38的涉及SA 軸線的射束參數(shù)乘積BPPsa(I)至BPPSA(8)這樣選擇，使得這些射束參數(shù)乘積可在光學上組 成纖維11的在BPPSA-BPPfa平面中圓形的射束參數(shù)乘積BPP(F)。在圖1和圖3中所示的二極管激光器結(jié)構(gòu)2中，帶狀發(fā)射器S1至38的輸出耦合面 處于一個相對于來自帶狀發(fā)射器S1至38的激光射束I至48的傳播方向成直角的公共平面 中。圖6a至圖6e示出了根據(jù)本發(fā)明的二極管激光器條1的另外的二極管激光器結(jié)構(gòu)2，其 中，帶狀發(fā)射器S1至38的輸出耦合面不是處于一個相對于來自帶狀發(fā)射器S1至38的激光 射束I至48的傳播方向成直角的公共平面中。在圖6a和圖6b中，帶狀發(fā)射器S1至38的輸出耦合面以其背離輸出耦合面的端部 設(shè)置在一個公共平面中，但在相對于其SA方向和FA方向成直角的方向上長度不同。帶狀 發(fā)射器S1至38的長度從二極管激光器結(jié)構(gòu)2的中部起朝二極管激光器結(jié)構(gòu)2的兩個邊緣 增大(圖6a)或減小(圖6b)，由此，這些帶狀發(fā)射器S1至38的輸出耦合面從二極管激光 器結(jié)構(gòu)2的中部起在兩側(cè)在SA方向上呈階梯狀彼此相對錯位。在圖6c和圖6d中，帶狀發(fā)射器S1至38在相對于其SA方向和FA方向成直角的方 向上長度相同并且分別在兩側(cè)在SA方向上呈階梯狀彼此相對錯位地設(shè)置，由此，這些帶狀 發(fā)射器的輸出耦合面從二極管激光器結(jié)構(gòu)2的中部起在兩側(cè)在SA方向上呈階梯狀彼此相對錯位。在圖6c中，二極管激光器條1在背離帶狀發(fā)射器S1至38的輸出耦合面的側(cè)與帶 狀發(fā)射器S1至38相應(yīng)地也構(gòu)造成階梯狀，而在圖6d中，二極管激光器條1在背離帶狀發(fā)射 器至38的輸出耦合面的側(cè)不是構(gòu)造成階梯狀。在圖6e中，同一的帶狀發(fā)射器S1至38分 別在SA方向上呈階梯狀彼此相對錯位地設(shè)置。 在圖7中，多個具有圖1中所示二極管結(jié)構(gòu)2的二極管激光器條1組成一個二極 管疊堆(“二極管疊”)20，其中，每個二極管激光器條1設(shè)置在兩個熱沉21之間。
權(quán)利要求
二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)，具有多個彼此相鄰地設(shè)置的帶狀發(fā)射器(31至38)，這些帶狀發(fā)射器以其SA軸線在相同的方向上取向并且在該方向上彼此相對錯位地設(shè)置，其中，這些帶狀發(fā)射器(31至38)中的至少幾個的分別涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積(BPPSA)不同，其特征在于這些帶狀發(fā)射器(31至38)的分別涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積(BPPSA)從該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)的中部起朝該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)的兩個邊緣尤其是關(guān)于該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)的中部鏡像對稱地減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器O1至38)的涉 及SA軸線的射束參數(shù)乘積(BPPsa)這樣選擇，使得這些射束參數(shù)乘積可與纖維橫截面、尤其 是圓形或橢圓形的纖維橫截面相應(yīng)地在光學上組成一個在BPPsa-BPPfa平面中近似與纖維 的射束參數(shù)乘積相應(yīng)的射束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器O1至38) 的輸出耦合面處于一個相對于來自這些帶狀發(fā)射器 工至^的激光射束((至知)的傳播 方向成直角的平面中或者這些帶狀發(fā)射器 工至^的輸出耦合面中的至少幾個呈階梯狀 彼此相對錯位地設(shè)置。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器(31至 38)通過分別具有相同激光波長的單頻發(fā)射器、尤其是多模發(fā)射器構(gòu)成。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器(31至 38)中的至少幾個在其SA軸線的方向上寬度不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器O1至38)的寬 度(巧至《8)從該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)的中部起朝該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)的兩個邊緣 尤其是關(guān)于該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)的中部鏡像對稱地減小。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器(31至 38)中的至少幾個具有涉及SA軸線的分別不同的發(fā)散度(eSA)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器O1至38)的涉 及SA軸線的發(fā)散度(θ SA)從該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)的中部起朝該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2) 的兩個邊緣尤其是關(guān)于該二極管激光器結(jié)構(gòu)(2)的中部鏡像對稱地減小。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器(31至 38)中的一個或多個分別通過唯一一個單發(fā)射器(53，54)構(gòu)成。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器(31至 38)中的一個或多個分別通過多個單發(fā)射器(6，7，8)構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于不同寬度的帶狀發(fā)射器 工至 38)分別通過不同數(shù)量的相同寬度的、尤其是同一的單發(fā)射器(6)構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于不同寬度的帶狀發(fā)射器。工至 38)分別通過多個不同寬度的單發(fā)射器(7，8)構(gòu)成。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于在這些帶狀發(fā)射器O1 至38)后面設(shè)置有光學裝置(10)，該光學裝置使來自這些帶狀發(fā)射器(31至38)的激光射束 G1至48)作為在其FA軸線的方向上在光學上彼此相鄰地設(shè)置的平行的激光射束帶投影到 圓形的纖維(11)上，其中，每個激光射束帶的涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積(BPPsa)與所屬 纖維區(qū)域的涉及SA軸線的射束參數(shù)乘積(BPPsa)相匹配。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于這些帶狀發(fā)射器 工至 38)設(shè)置在一個激光二極管條(1)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的二極管激光器結(jié)構(gòu)，其特征在于多個激光二極管條(1)疊堆 成一個二極管疊堆(20)。
全文摘要
文檔編號H01S5/40GK101953039SQ200980104808
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月11日
發(fā)明者Strohmaier Stephan Gregor Patrick, Tillkorn Christoph 申請人:Trumpf Laser Gmbh & Co Kg